mayo 20, 2022

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La asimetría es clave para crear luces de perovskita azul más estables

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Investigadores de la unidad OIST Energy Materials and Surface Science han creado LED azules que utilizan una arquitectura novedosa para mejorar la estabilidad. Crédito: OIST

Investigadores de la Escuela de Graduados de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Okinawa (OIST) han desarrollado LED azules basados ​​en un material llamado perovskita de haluro metálico, que por primera vez utiliza puentes asimétricos para mantener unidas las capas de perovskita, creando una estructura más estable.


El estudio publicado recientemente en Revista de la Sociedad Química Estadounidense El 18 de noviembre de 2021, las luces LED de perovskita podrían estar un paso más cerca de la comercialización.

dijo el primer autor, el Dr. Yuqiang Liu, ex investigador postdoctoral en la unidad OIST de Materiales Energéticos y Ciencia de Superficies y actualmente profesor en la Universidad de Qingdao, China. “En solo unos pocos años, la eficiencia de los LED de perovskita, lo bien que se pueden transmitir, ha sido energía eléctrica a mi Potencia óptica– Ha alcanzado un nivel que rivaliza con las luces LED tradicionales y pronto lo superará. «

Aparte de los niveles de eficiencia, los LED de perovskita también tienen muchas ventajas sobre las tecnologías LED actuales en el mercado, ya que tienen la capacidad de producir colores más brillantes y puros a una fracción del costo de producción.

Sin embargo, la estabilidad de los LED de perovskita sigue siendo una barrera importante, ya que la vida útil de los LED más estables dura solo unos pocos cientos de horas. Los LED azules, en particular, van a la zaga de los LED rojos y verdes, con una vida útil de menos de dos horas y aproximadamente la mitad del nivel de eficiencia.

Pero sin los LED azules, las aplicaciones prácticas que usan perovskita en pantallas a color o como fuentes de luz son limitadas, como rojo, verde y luz azul Deben mezclarse para producir una gama completa de colores, incluido el blanco, explicó el profesor Yabing Qi, autor principal del artículo y jefe de la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie de la OIST.

La asimetría es clave para crear luces de perovskita azul más estables

En la estructura cristalina de una perovskita de haluro metálico, los iones de haluro (bolas verdes pequeñas) crean una forma octaédrica (rosada) alrededor de un átomo de metal (bola roja oscura). En medio de un grupo de cuatro octaedros hay un ion positivo (bola naranja). Crédito: OIST

«Históricamente, las emisiones azules siempre han sido mucho más difíciles de lograr», continuó el profesor Chi. «El desarrollo de los LED azules ganadores del Premio Nobel que se fabricaron por primera vez con nitruro de galio ha llevado tres décadas más que los LED rojos y verdes, y hasta ahora, crear cristales grandes y de alta calidad de nitruro de galio sigue siendo un desafío y costoso. Por lo tanto, no hay Hay una gran necesidad de investigación en nuevos materiales emisores de azul, como la perovskita».

En este estudio, los científicos analizaron uno de los principales problemas observados en las lámparas de perovskita azul: el problema de la separación de haluros.

Cuándo perovskita de halogenuros metálicos Se forman cristales y los haluros se interconectan en forma octaédrica alrededor de un átomo de metal. Un ion positivo se encuentra entre cuatro de estas formas octaédricas.

Sin embargo, cuando se aplica un voltaje a través del LED de perovskita, que es necesario para que el LED emita luz, también hace que los iones de haluro negativos que forman la estructura octaédrica se separen y migren hacia el extremo positivo del LED. Los iones positivos entre las formas octaédricas también migran al terminal negativo del LED. Esta migración de iones degrada la estructura de la perovskita, lo que provoca que la eficiencia del LED disminuya y que el color azul se vuelva más verde.

Para tratar de combatir el problema de la separación de haluros, los investigadores crearon LED azules con un tipo de estructura de perovskita llamada estructura de fase de Jacobson-diona, en la que las capas bidimensionales (2D) de cristales de perovskita se apilan una encima de la otra. Luego, las capas de perovskita se unen mediante puentes moleculares, aumentando la estabilidad de toda la estructura.

En investigaciones anteriores, los puentes moleculares creados eran simétricos, lo que significa que ambos extremos de la molécula tienen el mismo aspecto.

La asimetría es clave para crear luces de perovskita azul más estables

Los investigadores crearon una estructura de perovskita en la que se unieron capas bidimensionales de perovskita a partículas puente asimétricas. Crédito: OIST

Ahora, por primera vez, los investigadores han descubierto si el uso de un puente asimétrico, donde cada extremo era diferente, afectaba las propiedades generales de un LED de perovskita.

Los investigadores descubrieron que cuando la molécula puente es asimétrica, ralentiza la migración de iones a través de las capas de perovskita, mejorando así la estabilidad de la estructura de perovskita.

El equipo sugirió que la asimetría provoca cambios en cómo se distribuyen los electrones a través de la molécula puente, creando así un pequeño campo eléctrico dipolar entre las capas.

“Creemos que esto es bipolar campo eléctrico «Es lo que interfiere con la migración de iones, manteniendo así la estabilidad», dijo el profesor Chi.

Además de resolver el problema del aislamiento de haluros en las lámparas de perovskita, la estrategia de utilizar puentes asimétricos también se puede aplicar a otros dispositivos basados ​​en perovskita, como las células solares de perovskita.

“Es una progresión emocionante hacia la creación de todo tipo de cosas que son duraderas. perovskita El profesor Chi concluyó.


La luz azul significa grandes avances para los LED basados ​​en perovskita


más información:
Yuqiang Liu et al, diodos emisores de luz azul espectroscópicos estables a través de perovskitas asimétricas orgánicas basadas en diamina Dion-Jacobson, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2021). doi: 10.1021/jacs.1c07757

La frase: La asimetría es clave para crear LED de perovskita azul más estables (25 de enero de 2022) Consultado el 25 de enero de 2022 en https://phys.org/news/2022-01-asymmetry-key-stable-blue-perovskite.html

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